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●   『ちょっとサイエンス』   2003/3/11   No.118  
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●    発行者 Fujiken        不定期発行
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毎回、科学に関するテーマをとりあげて、雑学的な知識を送ります。
なるほど!と納得し、知ることの喜びを感じていただけたら幸いです。

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■今日のテーマ  「レンツの法則はあまのじゃく」
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コイルの中の磁界を変化させると、コイルに電圧が生じます。これを

「電磁誘導」といい、電磁誘導によって流れる電流を「誘導電流」といいます。

具体的に中学校で教えるときには、コイルに磁石を近づけたり、離したり、

または、磁石をコイルの中に入れたり、出したりして、検流計(ガルバノ

メーター)がどちらの向きに振れるか調べる実験をします。

このとき、磁石の動きと、誘導電流の向きの関係を表したものを、

「レンツの法則」といいます。レンツの法則の内容は

「誘導電流は、その電流によって生じる磁界が外から加えられた磁界の変化を

 さまたげるような向きに流れる。」

というものです。

このままでは、中学生は何のことかよくわからないのが実体です。

そこで私は、コイルにN極が近づく時、離れる時、S極が近づく時、離れる時

の図を書きこんな風に教えています。


N(S)極が近づくとコイルに「あっちいけ」という磁界ができ、

N(S)極が遠ざかるとコイルに「こっちこい」という磁界ができる。


図がメールでは書けないので理解しにくいでしょうが、1例だけ説明すると

N極がコイルに近づくと「あっちいけ」という反応がおこり、近づけたコイル

の方にN極ができるのです。

そして、N極が遠ざかると「こっちこい」という反応がおこり、離したコイル

の方にS極ができるのです。

電磁誘導ってまるで「あものじゃく」ですね。

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■ちょっとコメント■

現在の電磁誘導では、磁石の動きによって電流の向きが変わるという点だけ

おさえておくことになっているので、「レンツの法則」は教えないでよいよう

になっています。

しかし、私はいつもこのようにして教えています。

「なぜ向きがかわるのか?」という問いかけに「レンツの法則」は答えを返し

てくれるのです。これって「理科の基本」だと思うのです。

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■読者のメールより■

前回の「電池の直列つなぎと並列つなぎ」についてメールを頂きました。

●「少伯」さんより

今回のちょっとサイエンスについてですが、電気を水にたとえるのは良く行われ
ることですが、私なら「ポリバケツ」または「ポリタンク」でたとえ話にします。
たとえ話ですので正確ではないですが「電流」を「水流」、「電圧」を「水圧」
のように対比して考えると分かりやすいと思います。

直列につないだ電池は、二つのバケツのうち一方の底に穴をあけ縦につなげた状
態に水を満たし、その底にドレーン(コック付排出口)のようなものがついてい
ると想像してみてください。
ドレーンから出る水はドレーンの開口部から水面までの高さに応じて(比例して)
多くなります。つまり、水面が高くなるほど水圧(電池で言うと電圧)が高くな
ります。また、コックを開いた時、水流(電池で言うと電流)も多くなります。

並列では、それぞれのバケツを横に並べただけと考えればいいです。つまり、水
圧は一つの時と変わりません。

テキストですので、うまく書けませんが、図で表したほうが納得しやすいと思い
ますので、書いてみました。


      1.直列の場合

      ┃    ┃        
      ┠────┨        
      ┃    ┃        
      ┃    ┃       2.並列の場合 
      ┃    ┃        
      ┃    ┃        
      ┃    ┃      ┃    ┃  ┃    ┃ 
      ┃    ┃      ┠────┨  ┠────┨ 
      ┃    ┃      ┃    ┃  ┃    ┃ 
      ┃    ┃      ┃    ┃  ┃    ┃ 
      ┃    ┃      ┃    ┃  ┃    ┃ 
      ┃    ┃      ┃    ┃  ┃    ┃ 
      ┃    ┃      ┃    ┃  ┃    ┃ 
   水←─〓    ┃    水←〓    〓〓〓〓    ┃
      ┗━━━━┛      ┗━━━━┛  ┗━━━━┛ 

1.では2.の2倍の水深があるため、水圧(電圧)は2倍になりコックを開いた時
(電気を通した時)の水流(電流)も2倍になります。

2では、1より水圧(電圧)は低いですが、容量は同じなので水量が半分になる分
2倍長持ちすると考えます。(倍数は正確な表現ではないですが、中学生用なら
近似的に認められると考えています。)

●「S」さんより

ちょっと違うと思うので少し反論させていただきます。
同じ電圧,同じ電流であれば2倍長持ちをすることはなく,
全電池の持つエネルギー(ぼぼ電圧かける電流かける時間)は,おなじはず。

強いてあげるなら,電池の内部抵抗は,直列の場合は,単純に足し算,
並列の場合は,足し算分の掛け算になります。

わかりやすく説明すると,ひとつの電池の内部抵抗が1であるとしましょう。

直列の場合は,1+1=2
並列の場合は(1×1)/(1+1)=1/2

ということで内部抵抗は,1/4になります。(内部抵抗だけですよ)
それで長持ちするだけで,同じ条件(電圧・電流)なら長持ちはしません。

エネルギー保存則は、大切ですよ。

→Fujikenより

中学校レベルでは、内部抵抗は考えなくて良いと思います。

しかし、感覚的に分かりやすい、「少伯」さんのモデルと

実際の場合とでは、違いがあるという「S」さんのような意見があることを

知っていなければならないようです。

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